JP4741190B2 - Short arc type high pressure discharge lamp - Google Patents

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Description

本発明は、放電管を備えた直流駆動用のショートアーク型高圧放電ランプであって、前記放電管は直径方向で反対側に取り付けられた２つのネックを有し、前記のネック中に、それぞれタングステンからなるアノード及びカソードが気密に融着されていて、かつ前記の放電管には少なくとも１種の希ガス並びに場合により水銀からなる封入物を有するショートアーク型高圧放電ランプに関する。この種のランプは、特にウェハの露光のための半導体工業におけるマイクロリソグラフィー用の水銀アークランプとして、及び映画館投影器用及びビデオプロジェクター用のキセノンアークランプとして使用される。   The present invention is a short-arc type high-pressure discharge lamp for direct current drive provided with a discharge tube, the discharge tube having two necks attached on opposite sides in the diametrical direction, The present invention relates to a short arc type high-pressure discharge lamp in which an anode and a cathode made of tungsten are hermetically fused, and the discharge tube has at least one rare gas and, optionally, an enclosure made of mercury. This type of lamp is used as a mercury arc lamp for microlithography, particularly in the semiconductor industry for wafer exposure, and as a xenon arc lamp for cinema projectors and video projectors.

露光プロセス用に使用される水銀−ショートアーク型高圧放電ランプは、紫外波長領域において（部分的には数ナノメートルの波長に制限されて）高い光度を提供しなければならず、その際にこの発光は小さな空間領域に制限される。   Mercury-short arc high pressure discharge lamps used for the exposure process must provide high luminosity in the ultraviolet wavelength region (partially limited to wavelengths of a few nanometers). Luminescence is limited to a small spatial area.

最も小さな空間での強力な発光は、同様に映画館投影器及びビデオプロジェクター用のキセノンアークランプに関しても必須な要求である。   Strong light emission in the smallest space is an essential requirement for xenon arc lamps for cinema projectors and video projectors as well.

このことから導き出される高輝度の要求は、狭い電極間距離での直流−ガス放電により達成することができる。この場合に、カソードの前でより高い発光を有するプラズマが生じる。プラズマ中への強い電気エネルギー結合により、特にカソードでは材料を損なってしまう程の電極温度が生じる。   The high brightness requirement derived from this can be achieved by direct current-gas discharge at a narrow interelectrode distance. In this case, a plasma with higher emission occurs in front of the cathode. Due to the strong electrical energy coupling into the plasma, an electrode temperature is created which can damage the material, especially at the cathode.

この種のカソードは、従って今までは有利に酸化トリウムＴｈＯ２からなるドーパントを含有し、この酸化トリウムはランプ稼働の間にトリウムＴｈに還元され、この金属の形でカソード表面上に移動し、かつこのカソード表面上でカソードの仕事関数の低下を引き起こす。 This kind of cathode thus far advantageously contains a dopant consisting of thorium oxide ThO 2 , which is reduced to thorium Th during lamp operation and migrates in the form of this metal onto the cathode surface, Moreover, the work function of the cathode is lowered on the cathode surface.

この仕事関数の低下と共に、カソード駆動温度は低減し、この低減によりカソード寿命は延長される、それというのも低下させた温度ではカソード材料はあまり蒸発しないためである。   Along with this decrease in work function, the cathode drive temperature decreases, and this decrease extends the cathode life because the cathode material does not evaporate much at the decreased temperature.

ドーパントとしてのＴｈＯ２の今まで有利な使用は、ドーパントの蒸発が比較的少なく、従ってランプバルブ内での有害な沈着（黒化、被膜）が僅かになるという事実に基づいている。ＴｈＯ２のこの優れた特性は、その酸化物（３３２３Ｋ）の及び金属（２０２８Ｋ）の高い融点と関連している。 The advantageous use of ThO 2 as a dopant up to now is based on the fact that the evaporation of the dopant is relatively low and thus there is little harmful deposition (blackening, coating) in the lamp bulb. This excellent property of ThO 2 is associated with the high melting point of its oxide (3323K) and metal (2028K).

しかしながら電極焼損はトリウム添加されたカソードの場合でも避けられないため、直流型ガス放電ランプの場合にこの寿命はカソード焼損により制限される。これは、特に本願発明の場合のように電極間距離が短いランプの場合には欠点である、それというのもこの場合には僅かな電極間距離がランプの照明技術的特性を著しく変化させてしまうためである。しかしながら、ＴｈＯ２の使用の決定的な欠点はその放射性にあり、この放射性は予備材料製造においてランプ製造において取り扱い時に保護措置を必要とする。生成物の活性に応じて、このランプの貯蔵、稼働及び廃棄の際の条件も留意しなければならない。 However, electrode burnout is unavoidable even in the case of a cathode to which thorium has been added, so this lifetime is limited by cathode burnout in the case of a direct current gas discharge lamp. This is a disadvantage especially in the case of a lamp with a short interelectrode distance, as in the present invention, because in this case a small interelectrode distance significantly changes the illumination technical characteristics of the lamp. It is because it ends. However, the decisive drawback of using ThO 2 is its radioactivity, which requires protection measures during handling in the manufacture of lamps in the production of pre-materials. Depending on the activity of the product, the conditions for storage, operation and disposal of this lamp must also be noted.

この環境問題の解決策は、２０Ａより大きい高い駆動電流のランプ（例えばマイクロリソグラフィー又はプロジェクター工業において使用される）の場合に、このランプが電極のサイズに基づき特に高い活性を有するために、特に重大である。   The solution to this environmental problem is particularly significant in the case of high drive current lamps greater than 20A (for example used in the microlithography or projector industry) because this lamp has a particularly high activity based on the size of the electrode. It is.

従って、多くのトリウム代替物質が調査されていた。この例は、Metallurgical Transactions A, vol.21A, Dec 1990, p. 221-3236に記載されている。マイクロリソグラフィー又は映画館投影器用のランプの場合に代替材料の商業的使用は成功しなかった、それというのも全ての代替材料はＴｈＯ２と比較して気化しやすいことによりバルブ皮膜が顕著に形成されるためである。 Therefore, many thorium substitutes have been investigated. This example is described in Metallurgical Transactions A, vol. 21A, Dec 1990, p. 221-3236. In the case of lamps for microlithography or cinema projectors, the commercial use of alternative materials has not been successful, since all alternative materials are more easily vaporized compared to ThO 2 , resulting in a noticeable bulb coating. It is to be done.

マイクロリソグラフィーの場合では、露光装置の生産性は、このランプが提供する光量に決定的に依存する。バルブ被膜及び電極焼損は、供給可能な有効光を減少させ、かつ露光時間の増加に基づき極めて高価な装置の生産性を損なってしまう。   In the case of microlithography, the productivity of the exposure apparatus is critically dependent on the amount of light provided by this lamp. Bulb coating and electrode burnout reduce the available light that can be supplied and reduce the productivity of very expensive equipment based on increased exposure time.

本発明による課題は、電極材料中に放射性ドーパントなしで、達成された先行技術に電極焼損に関して全く劣らないか又は僅かに劣っているにすぎないほど僅かな電極焼損を保証し、かつランプバルブ中の皮膜形成はランプ寿命にわたり可能な限り低減される、請求項１の上位概念に記載のショートアーク型高圧放電ランプを提供することである。   The problem according to the invention is to ensure that the electrode material is not so inferior or slightly inferior in terms of electrode burnout to the prior art achieved without radioactive dopants in the electrode material and in the lamp bulb. It is to provide a short arc type high pressure discharge lamp according to the superordinate concept of claim 1, wherein the film formation of is reduced as much as possible over the lamp life.

前記の課題は、請求項１の上位概念に記載されたショートアーク型高圧放電ランプにおいて、少なくともカソード先端部の材料が、タングステンに対して付加的に酸化ランタンＬａ２Ｏ３と、ＨｆＯ２及びＺｒＯ２のグループからなる少なくとも１種の他の酸化物とを含有することにより解決される。 In the short arc type high-pressure discharge lamp described in the superordinate concept of claim 1, the above-mentioned problem is that at least the material of the cathode tip is additionally lanthanum oxide La 2 O 3 , HfO 2 and ZrO in addition to tungsten. It is solved by containing at least one other oxide consisting of two groups.

多様なドーパントの組み合わせに関する調査により、Ｌａ２Ｏ３をベースとするこの混合酸化物が皮膜形成及び電極焼損に関して良好な結果を示すことが判明した。カソード先端部又は全カソードのＬａ２Ｏ３のドープ量は、カソード材料の１．０〜３．５質量％、有利にカソード材料の１．５〜３．０質量％である。他の酸化物又は炭化物の添加により、更なる改善が達成されることを調査した。少量のＺｒＯ２及び／又はＨｆＯ２の添加により、エミッター蒸発に関する特性の更なる改善を達成できることが示された。ＺｒＯ２及びＨｆＯ２のモル量は、この場合、有利にＬａ２Ｏ３のモル量の少なくとも２％であるのが好ましいが、同時にＬａ２Ｏ３のモル量を上回らないのが好ましい、それというのも光束に対して有利な影響は常にカソードの焼損を高めることを伴うためである。ＨｆＯ２の重量割合がＬａ２Ｏ３の０．６５倍以下であり、ＺｒＯ２の重量割合がＬａ２Ｏ３の０．３８倍以下である場合に、Ｌａ２Ｏ３の過剰量が保証される。 Investigations on various dopant combinations have shown that this mixed oxide based on La 2 O 3 gives good results with respect to film formation and electrode burnout. The doping amount of La 2 O 3 at the cathode tip or all the cathodes is 1.0 to 3.5% by weight of the cathode material, preferably 1.5 to 3.0% by weight of the cathode material. It was investigated that further improvements were achieved by the addition of other oxides or carbides. It has been shown that addition of small amounts of ZrO 2 and / or HfO 2 can achieve further improvements in properties related to emitter evaporation. The molar amount of ZrO 2 and HfO 2 is in this case advantageously is preferably at least 2% of the molar amount of La 2 O 3, preferably not simultaneously exceed the molar amount of La 2 O 3, that it This is because the advantageous effect on the luminous flux always involves increasing the burnout of the cathode. Weight ratio of HfO 2 is not more than 0.65 times the La 2 O 3, when the weight ratio of ZrO 2 is less than 0.38 times the La 2 O 3, an excess amount of La 2 O 3 is assured The

この第２の酸化物の添加は、ランプ駆動の間の光束及び電極焼損に関して重大な影響を及ぼす。１．７５ｋＷの出力、カソード先端部のＬａ２Ｏ３含有量２．０質量％並びに他の酸化物を有する水銀アークランプは、稼働時間１５００ｈの後の試験で次の結果を示した： The addition of this second oxide has a significant effect on the luminous flux and electrode burnout during lamp operation. Mercury arc lamps with an output of 1.75 kW, a cathode tip La 2 O 3 content of 2.0 wt% and other oxides showed the following results in tests after 1500 hours of operation:

Figure 0004741190
Figure 0004741190

トリウム添加されたカソード（ＴｈＯ２ ２質量％）の使用の場合には次の値が観察された： The following values were observed when using a thorium-doped cathode (ThO 2 2 wt%):

Figure 0004741190
Figure 0004741190

Ｌａ２Ｏ３ドープされたカソードの使用の際に、ＺｒＯ２及び／又はＨｆＯ２の形の第２の酸化物を添加することにより、純粋なキセノンアークランプの光束特性を改善することを同様に証明することができた。この酸化物の添加は、急速なバルブ皮膜形成を生じさせるドーパント物質の著しい漏出も抑制する。 Similarly to improving the luminous properties of pure xenon arc lamps by adding a second oxide in the form of ZrO 2 and / or HfO 2 when using a La 2 O 3 doped cathode. I was able to prove. The addition of this oxide also suppresses significant leakage of dopant material that causes rapid valve film formation.

トリウム不含の材料からなるカソードは、その特性に関して、特に混合酸化物を使用した場合に、より大きなアーク形成を示す。このようなカソードの最適な焼損は、カソードのプラトー部サイズを相応して適合される場合に保証される。プラトー部サイズが適合されていない場合に、このアークはプラトー部（Plateau）の縁部に接して形成されるか（プラトー部が大きすぎる場合）もしくはプラトー部の縁部をさらに越える（プラトー部が小さすぎる場合）。両方の場合では、最適でないプラトー部サイズにおいて、電極損傷及びそれに関連してより高い焼損が確認可能となる。このプラトー部は平坦でも湾曲状にも構成されていてもよいため、最適なプラトー部サイズは、技術的には、カソード先端部の後方の０．５ｍｍの距離でのカソード中の電流密度のデータにより規定することが最良である。Ｌａ２Ｏ３並びにＺｒＯ２及び／又はＨｆＯ２でドープされたカソードの場合の試験は、このカソード焼損が、カソード中の電流密度Ｊ、つまりＡで示すランプ電流Ｊと、カソードの後方の端部に向かってカソード先端部から０．５ｍｍの距離での有効面積Ｓとの商が、水銀／希ガス−封入物の場合では５よりも小さくなく、１５０Ａ／ｍｍ２よりも大きくなく、及び純粋な希ガス−封入物の場合には２５よりも小さくなく２００Ａ／ｍｍ２よりも大きくないカソード材料において、できる限り僅かに維持できることを示した。 Cathodes made of thorium-free materials exhibit greater arc formation with respect to their properties, especially when mixed oxides are used. Such an optimum burnout of the cathode is assured if the cathode plateau size is adapted accordingly. If the plateau size is not adapted, this arc is formed in contact with the edge of the plateau (if the plateau is too large) or further beyond the edge of the plateau (if the plateau is If it is too small). In both cases, electrode damage and associated higher burnout can be seen at sub-optimal plateau sizes. Since this plateau may be configured to be flat or curved, the optimal plateau size is technically the current density data in the cathode at a distance of 0.5 mm behind the cathode tip. Is best defined by Tests in the case of cathodes doped with La 2 O 3 and ZrO 2 and / or HfO 2 show that this cathode burnout is the current density J in the cathode, ie the lamp current J indicated by A, and the rear end of the cathode. The quotient with the effective area S at a distance of 0.5 mm from the cathode tip is not less than 5 in the case of mercury / rare gas-filled, not greater than 150 A / mm 2 , and pure In the case of the noble gas-encapsulation, it was shown that it can be maintained as little as possible in the cathode material which is not smaller than 25 and not larger than 200 A / mm 2 .

図面の簡単な説明
次に、本発明を、実施例を用いて詳説する。 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Next, the present invention will be described in detail with reference to examples.

図１は、本発明による水銀−ショートアーク型高圧放電ランプの断面図を表す
図２は、図１による水銀−ショートアーク型高圧放電ランプのカソードの詳細な断面図を表す
図３は、本発明によるキセノン−ショートアーク型高圧放電ランプの部分断面図を表す
図４は、図３によるキセノン−ショートアーク型高圧放電ランプの電極装置の拡大図を表す。 FIG. 1 represents a cross-sectional view of a mercury-short arc type high-pressure discharge lamp according to the present invention. FIG. 2 represents a detailed cross-sectional view of a cathode of the mercury-short arc type high-pressure discharge lamp according to FIG. 4 represents a partial cross-sectional view of a xenon-short arc type high pressure discharge lamp according to FIG. 4. FIG. 4 represents an enlarged view of the electrode device of the xenon-short arc type high pressure discharge lamp according to FIG.

図１は、１．７５ｋＷの出力の、本発明による水銀−ショートアーク型高圧放電ランプの断面図を示す。この放電ランプは、楕円形に成形されている石英ガラスからなるバルブ２を有する。このバルブ２の対峙する側に２つの端部３が続いていて、この端部３はネック部４として構成されかつそれぞれ保持部８を内部に有している。このネック部は前方の円錐部４ａと後方の円柱部４ｂとを有し、前記の円錐部４ａは石英ガラスからなる支持管５を保持部の主要な構成要素として有し、前記の円柱部４ｂは封止用の溶融部を形成する。この前方の円錐部４ａは５ｍｍの長さの引き込み部６を有する。この引き込み部に続いてそれぞれ、中心に穿孔を備えた支持管５が設けられていて、この支持管５は円錐状に形成されている。この支持部５の内径は７ｍｍであり、前方の端部の外径は１１ｍｍであり、最も後方の端部の外径は１５ｍｍである。この範囲内のバルブ２の壁厚は約４ｍｍである。この支持管の軸方向の長さは１７ｍｍである。   FIG. 1 shows a cross-sectional view of a mercury-short arc type high-pressure discharge lamp according to the invention with an output of 1.75 kW. This discharge lamp has a bulb 2 made of quartz glass formed into an elliptical shape. Two end portions 3 continue on opposite sides of the valve 2, and the end portions 3 are configured as neck portions 4 and each have a holding portion 8 therein. The neck portion has a front conical portion 4a and a rear cylindrical portion 4b. The conical portion 4a has a support tube 5 made of quartz glass as a main component of the holding portion, and the cylindrical portion 4b. Forms a fusion zone for sealing. This front cone part 4a has a lead-in part 6 having a length of 5 mm. Subsequent to the drawing-in portion, a support tube 5 having a perforation at the center is provided, and the support tube 5 is formed in a conical shape. The inner diameter of the support portion 5 is 7 mm, the outer diameter of the front end portion is 11 mm, and the outer diameter of the rearmost end portion is 15 mm. The wall thickness of the bulb 2 within this range is about 4 mm. The axial length of this support tube is 17 mm.

第１の支持管の穿孔中には、６ｍｍの外径を有するカソード７のシャフト１０が軸方向に案内されていて、このシャフト１０は放電空間内にまで達し、かつその箇所に一体式のヘッド部２５を有している。このシャフト１０は支持管５を経由して後方にまで延びていて、皿部１２で終端となり、この皿部１２に続いて封止用溶融部が円柱状の石英ブロック１３の形で設けられている。その後方に第２の皿部１４が続き、この第２の皿部１４は中心にモリブデン棒１５の形の外部電流リード部を保持する。石英ブロック１３の外面にはモリブデンからなる４枚の箔１６が公知のようにその面に沿って案内されていて、かつバルブネックの壁部と気密に融着している。   During drilling of the first support tube, the shaft 10 of the cathode 7 having an outer diameter of 6 mm is guided in the axial direction, this shaft 10 reaches into the discharge space, and an integrated head is located there. Part 25. The shaft 10 extends to the rear via the support tube 5 and ends at a dish part 12. A sealing melting part is provided in the form of a cylindrical quartz block 13 following the dish part 12. Yes. Behind it is a second pan 14 which holds an external current lead in the form of a molybdenum rod 15 in the center. As is known, four foils 16 made of molybdenum are guided along the outer surface of the quartz block 13 and are hermetically fused with the wall of the valve neck.

同様にして、別個のヘッド部１８とシャフト１９とからなるアノード２６は、第２の支持管５の穿孔中に保持されている。   Similarly, an anode 26 consisting of a separate head portion 18 and a shaft 19 is held during drilling of the second support tube 5.

図２中には、カソード７と保持部８とが詳細に示されている。カソード７は、３６ｍｍの長さの円筒状のシャフト１０と、２０ｍｍの長さのヘッド２５とから構成されていて、その際にヘッド２５はシャフトと同じく６ｍｍの外径を有する。アノードに向かう側の、ヘッド２５の端部は、６０゜の先端角βを有する先端部１１として構成されていて、０．５ｍｍの直径を有するプラトー状の端部２７を有する。この保持部８は、支持管５と、その支持管５の穿孔中の複数の箔とからなる。   In FIG. 2, the cathode 7 and the holding part 8 are shown in detail. The cathode 7 is composed of a cylindrical shaft 10 having a length of 36 mm and a head 25 having a length of 20 mm. In this case, the head 25 has an outer diameter of 6 mm, like the shaft. The end of the head 25 on the side facing the anode is configured as a tip 11 having a tip angle β of 60 ° and has a plateau-like end 27 having a diameter of 0.5 mm. The holding portion 8 includes a support tube 5 and a plurality of foils that are being drilled in the support tube 5.

支持管５とシャフト１０とを機械的に分離するために、箔２４が複数回（２〜４層）シャフトの周囲に巻き付けられている。巻き付けられた箔２４の上で相互に向かい合う一対の狭いシート２３は支持管の固定のために用いられる。このために、この狭いシートは支持管を越えて放電側に張り出し、かつ外側に曲がっている。カソード７の先端部１１の材料は、タングステンの他に、Ｌａ２Ｏ３ ２．０質量％並びにＺｒＯ２ ０．５質量％のドーパントを有する。 In order to mechanically separate the support tube 5 and the shaft 10, the foil 24 is wound around the shaft a plurality of times (2 to 4 layers). A pair of narrow sheets 23 facing each other on the wound foil 24 is used for fixing the support tube. For this purpose, this narrow sheet extends beyond the support tube to the discharge side and is bent outward. The material of the tip portion 11 of the cathode 7 has a dopant of 2.0 mass% La 2 O 3 and 0.5 mass% ZrO 2 in addition to tungsten.

本発明による水銀−ショートアーク型高圧放電ランプは、１３４ｃｍ３の容量を有する放電管を有し、前記の放電管は常温封入圧力８００ｍｂａｒで水銀並びにキセノン６０３ｍｇが封入されている。 The mercury-short arc type high-pressure discharge lamp according to the present invention has a discharge tube having a capacity of 134 cm 3 , and the discharge tube is filled with mercury and xenon 603 mg at a normal temperature sealing pressure of 800 mbar.

電極間距離４．５ｍｍを有するランプの駆動電流は６０Ａである。プラトー先端部から距離０．５ｍｍでのカソード中での電流密度Ｊは、ランプの駆動時に６６Ａ／ｍｍ２である。 The driving current of a lamp having a distance between electrodes of 4.5 mm is 60A. The current density J in the cathode at a distance of 0.5 mm from the plateau tip is 66 A / mm 2 when the lamp is driven.

図３には、純粋にＸｅが封入されている本発明によるショートアーク型高圧放電ランプ２８が図示されている。３ｋＷの入力のランプ２８は、石英ガラスからなる回転対称のランプバルブ２９を有し、このランプバルブ２９の両端に、同様に石英ガラスからなる、それぞれ１つのランプネック３０，３１が取り付けられている。一方のネック３０では、カソード３３の電極棒３２が気密に融着されていて、この電極棒３２の内側の端部にカソードヘッド３４を有する。他方のランプネック３１では、同様にアノード３６の電極棒３５が気密に融着されていて、この電極棒３５の内側の端部にアノードヘッド３７が固定されている。ランプネック３０，３１の外側の端部には、保持のため及び電気的コンタクトのためにソケットシステム３８，３９が取り付けられている。   FIG. 3 shows a short arc type high-pressure discharge lamp 28 according to the present invention in which Xe is purely enclosed. The 3 kW input lamp 28 has a rotationally symmetric lamp bulb 29 made of quartz glass, and one lamp neck 30, 31, which is also made of quartz glass, is attached to both ends of the lamp bulb 29. . In one neck 30, the electrode rod 32 of the cathode 33 is hermetically fused, and a cathode head 34 is provided at the inner end of the electrode rod 32. Similarly, in the other lamp neck 31, the electrode rod 35 of the anode 36 is hermetically fused, and an anode head 37 is fixed to the inner end of the electrode rod 35. Socket systems 38, 39 are attached to the outer ends of the lamp necks 30, 31 for retention and electrical contact.

図４から明らかなように、カソードヘッド３４は、アノードヘッド３７に向かう側の円錐形の端部３４ａと、電極棒３２に向かう側の、円筒形及び円錐台形の部分を有する端部３４ｂとから構成されていて、その際、この両者の端部３４ａ，３４ｂの間に、熱障壁溝として表される、同様に円筒形の、より小さな直径を有する部分３４ｃが存在する。アノードヘッド３７に向かう側の、カソードヘッド３４の円錐形の端部３４ａの、４０゜の円錐角αを有する先端は、０．６ｍｍの半径Ｒを有する半球として構成されている。このランプ電流はこの場合１００Ａであり、かつこのランプ電流から得られる、カソード先端部の後方の０．５ｍｍの基準面での電流密度は８８Ａ／ｍｍ２である。 As is apparent from FIG. 4, the cathode head 34 includes a conical end portion 34 a on the side facing the anode head 37 and an end portion 34 b on the side facing the electrode rod 32 and having cylindrical and frustoconical portions. In this case, there is a portion 34c, which is also cylindrical, having a smaller diameter, represented as a thermal barrier groove, between the ends 34a, 34b. The tip of the conical end 34a of the cathode head 34 on the side facing the anode head 37, having a cone angle α of 40 °, is configured as a hemisphere having a radius R of 0.6 mm. This lamp current is 100 A in this case, and the current density at the reference plane of 0.5 mm behind the tip of the cathode obtained from this lamp current is 88 A / mm 2 .

アノードヘッド３７は、直径Ｄ２２ｍｍの円筒形の中央部３７ａと、２つの円錐台形の端部３７ｂ，３７ｃとからなり、これらの端部はカソードヘッド３４の側もしくは電極棒３５の側に配置されている。カソードヘッド３４に向かう側の円錐台形の端部３７ｃは、直径６ｍｍのプラトー部ＡＰを有する。両方の電極３３，３６の全ての部分はタングステンからなる。付加的に、カソードヘッド３４の円錐形の端部３４ａはＬａ２Ｏ３ ２．０質量％並びにＨｆＯ２ ０．５質量％のドーパントを有する。 The anode head 37 includes a cylindrical central portion 37a having a diameter D of 22 mm and two frustoconical end portions 37b and 37c. These end portions are arranged on the cathode head 34 side or the electrode rod 35 side. Yes. The frustoconical end 37c on the side facing the cathode head 34 has a plateau portion AP having a diameter of 6 mm. All parts of both electrodes 33, 36 are made of tungsten. In addition, the conical end 34a of the cathode head 34 has 2.0% by weight La 2 O 3 as well as 0.5% by weight HfO 2 dopant.

この両方の電極３３，３６は、ランプバルブ２９の軸方向に、ランプの加熱状態で３．５ｍｍの電極間距離もしくはアーク間距離となるように対峙するように取り付けられている。   Both the electrodes 33 and 36 are attached to face each other in the axial direction of the lamp bulb 29 so that the distance between the electrodes or the distance between the arcs is 3.5 mm when the lamp is heated.

本発明による水銀−ショートアーク型高圧放電ランプの断面図Sectional view of a mercury-short arc type high pressure discharge lamp according to the present invention. 図１による水銀−ショートアーク型高圧放電ランプのカソードの詳細な断面図Detailed cross-sectional view of the cathode of the mercury-short arc type high-pressure discharge lamp according to FIG. 本発明によるキセノン−ショートアーク型高圧放電ランプの部分断面図Partial sectional view of a xenon-short arc type high pressure discharge lamp according to the present invention. 図３によるキセノン−ショートアーク型高圧放電ランプの電極装置の拡大図Enlarged view of the electrode device of the xenon-short arc type high pressure discharge lamp according to FIG.

Claims (8)

放電管（２，２９）を備えた直流駆動用のショートアーク型高圧放電ランプ（１，２８）であって、前記のショートアーク型高圧放電ランプ（１，２８）は、前記の放電管（２，２９）は直径方向で反対側に取り付けられた２つのネック（４；３０，３１）を有し、前記のネック（４；３０，３１）中に、それぞれタングステンからなるアノード（２６，３６）及びカソード（７，３３）が気密に融着されていて、前記の放電管（２，２９）には少なくとも１種の希ガス及び場合により水銀からなる封入物を有する形式のものにおいて、カソード先端部（１１，３４ａ）の材料が少なくともタングステンと、酸化ランタンＬａ2Ｏ3と、酸化ハフニウムＨｆＯ2及び酸化ジルコニウムＺｒＯ2のグループからなる少なくとも１種の他の酸化物とからなり、カソード材料のＬａ2Ｏ3含有量が１．０〜３．５質量％であり、かつカソード材料に関して酸化ジルコニウムＺｒＯ2及び酸化ハフニウムＨｆＯ2のグループからなる少なくとも１種の他の酸化物の付加的なモル量はＬａ2Ｏ3の付加的なモル量よりも小さいことを特徴とする、ショートアーク型高圧放電ランプ。A short-arc type high-pressure discharge lamp (1,28) for direct current drive provided with a discharge tube (2,29), wherein the short-arc type high-pressure discharge lamp (1,28) is a discharge tube (2). , 29) have two necks (4; 30, 31) attached diametrically opposite to each other, and anodes (26, 36) made of tungsten in the necks (4; 30, 31), respectively. And the cathode (7, 33) is hermetically fused, and the discharge tube (2, 29) has an enclosure composed of at least one rare gas and, optionally, mercury. material and at least tungsten parts (11,34a), and lanthanum oxide La 2 O 3, and other oxides of at least one consisting of a group of hafnium oxide HfO 2 and zirconium oxide ZrO 2 Rannahli, La 2 O 3 content of the cathode material is 1.0 to 3.5 wt%, and at least one other oxide of the group of zirconium oxide ZrO 2 and hafnium oxide HfO 2 with respect to the cathode material A short arc type high-pressure discharge lamp characterized in that the additional molar amount of is smaller than the additional molar amount of La 2 O 3 . 全カソード（７，３４）のカソード材料がＬａ2Ｏ3と、ＨｆＯ2及びＺｒＯ2のグループからなる少なくとも１種の他の酸化物とを含有することを特徴とする、請求項１記載のショートアーク型高圧放電ランプ。The cathode material is La 2 O 3 of the total cathode (7, 34), characterized in that it contains at least one other oxide composed of a group of HfO 2 and ZrO 2, short of claim 1, wherein Arc type high pressure discharge lamp. カソード材料のＬａ2Ｏ3含有量が１．５〜３．０質量％であることを特徴とする、請求項１又は２記載のショートアーク型高圧放電ランプ。The content of La 2 O 3 of the cathode material, characterized in that 1.5 to 3.0 mass%, according to claim 1 or 2 short arc type high pressure discharge lamp according. 酸化ジルコニウムＺｒＯ2及び酸化ハフニウムＨｆＯ2のグループからなる少なくとも１種の他の酸化物の付加的なモル量が、Ｌａ2Ｏ3のモル量の少なくとも２％であることを特徴とする、請求項１又は２記載のショートアーク型高圧放電ランプ。The additional molar amount of at least one other oxide comprising the group of zirconium oxide ZrO 2 and hafnium oxide HfO 2 is at least 2% of the molar amount of La 2 O 3. 3. A short arc type high pressure discharge lamp according to 1 or 2. 放電管（２）中のアノード（２６）とカソード（７）との間の電極間距離は８ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１記載のショートアーク型高圧放電ランプ。  2. The short arc type high-pressure discharge lamp according to claim 1, characterized in that the distance between electrodes between the anode (26) and the cathode (7) in the discharge tube (2) is 8 mm or less. 放電管（２９）中のアノード（３６）とカソード（３３）との間の電極間距離は１５ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１記載のショートアーク型高圧放電ランプ。  The short arc type high-pressure discharge lamp according to claim 1, characterized in that the interelectrode distance between the anode (36) and the cathode (33) in the discharge tube (29) is 15 mm or less. ランプ（１，２８）の稼働時のランプ電流は２０Ａよりも大きいことを特徴とする、請求項１記載のショートアーク型高圧放電ランプ。  2. The short arc type high-pressure discharge lamp according to claim 1, characterized in that the lamp current during operation of the lamp (1, 28) is greater than 20A. カソード（７）は、ランプの稼働時に電流密度Ｊ、つまりランプ電流Ａと、カソードの先端部から０．５ｍｍの距離のランプ軸に対して垂直方向のカソードの断面から生じる面についての有効カソード面積ｍｍ2との商が、次の式：
水銀／希ガス−封入物の場合には５≦Ｊ≦１５０
純粋な希ガス−封入物の場合には２５≦Ｊ≦２００
を満たす形状を有することを特徴とする、請求項１記載のショートアーク型高圧放電ランプ。The cathode (7) has an effective cathode area with respect to the surface resulting from the current density J during lamp operation, that is, the lamp current A, and the cross section of the cathode perpendicular to the lamp axis at a distance of 0.5 mm from the tip of the cathode. The quotient with mm 2 is the following formula:
In case of mercury / rare gas-filled, 5 ≦ J ≦ 150
In the case of pure noble gas inclusions, 25 ≦ J ≦ 200
The short arc type high-pressure discharge lamp according to claim 1, having a shape satisfying the above.
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